A linhagem S1M29 de Penicillium echinulatum é um fungo filamentoso cujo sistema celulolítico tem potencial para aplicação em processos de degradação de materiais lignocelulósicos visando a obtenção de produtos com interesse biotecnológico, como o etanol de segunda geração. A abundância de biomassas lignocelulósicas associada à busca por alternativas aos combustíveis fósseis faz aumentar o interesse em estudos que envolvam a elucidação dos mecanismos de secreção de enzimas lignocelulolíticas. Neste estudo, o P. echinulatum S1M29 foi crescido em condições de indução para a produção de endoglicanases, celobiohidrolases, β-glicosidases, xilanases e swoleninas. Foram avaliados os perfis enzimáticos em géis de poliacrilamida e o padrão de expressão gênica para estas proteínas. Observou-se que a produção enzimática foi favorecida pela presença de celulose Celufloc E® e bagaço de cana-de-açúcar (BCA) no meio de cultivo em comparação à glicose, sendo que o uso de resíduo de biomassa proporcionou a obtenção dos melhores rendimentos. Resultado semelhante foi atingido na análise dos perfis de secreção enzimática em gel de poliacrilamida, sugerindo ainda, a presença de uma endoglicanase constitutiva de aproximadamente 80 kDa. O estudo de qRT-PCR revelou a presença de quatro genes para endoglicanases com padrão de expressão distintos, destacando-se um acúmulo de transcritos 9779,19 vezes superior à amostra calibradora do gene egl1 em 24 h de cultivo no meio formulado com celulose Celufloc E®. Este mesmo gene gerou 1257,58 vezes mais transcritos acumulados que a amostra calibradora em meio suplementado com BCA. Na avaliação da expressão relativa do gene para celobiohidrolase obteve-se expressão superior no meio formulado com BCA em 48 h em relação ao meio com celulose Celufloc E® em 24 h, correspondendo, respectivamente, a 6464,49 e 3093,26 vezes mais transcritos acumulados que a amostra calibradora. O gene para β-glicosidase expressou-se em meio formulado com BCA no início do cultivo, embora a atividade desta enzima tenha ocorrido ao final do cultivo. A expressão de xilanases foi mais significativa com o uso de celulose Celufloc E® no meio de cultivo. Já o gene para swolenina apresenta um perfil de expressão com valores semelhantes em comparação ao uso de celulose Celufloc E® e BCA no meio de cultivo, apesar da presença de BCA ter proporcionado uma expressão mais tardia. Para todos os genes avaliados foram verificados valores muito reduzidos de expressão quando a glicose foi utilizada como fonte de carbono para o P. echinulatum. Observou-se ainda uma expressão coordenada de genes codificadores de endoglicanases, celobiohidrolase, β-glicosidase e swolenina. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq. / The strain S1M29 of Penicillium echinulatum is a filamentous fungus that presents a cellulolytic system with potential for application in the degradation process of lignocellulosic materials to obtain products of biotechnological interest, such as second-generation ethanol. The availability of lignocellulosic biomass associated with the search for alternatives to fossil fuels increases the interest in studies that involve understanding the secretion mechanisms of lignocellulolytic enzymes. In this study, P. echinulatum S1M29 was grown under inducing conditions for the production of endoglucanases, cellobiohydrolases, β-glucosidases, xylanases and swollenins. The enzyme secretion profiles were evaluated in polyacrylamide gels and the pattern of gene expression for these proteins was also assessed. It was observed that enzyme production was enhanced in the presence of cellulose Celufloc E® and sugar cane bagasse (SCB) in the culture medium compared to glucose, with the use of biomass residue providing the best yields. A similar result was obtained analyzing enzyme secretion profiles in polyacrylamide gels, suggesting the presence of constitutive endoglucanases of approximately 80 kDa. Studies with qRT-PCR revealed the presence of four genes encoding endoglucanases with distinct expression patterns, standing out an accumulation of transcripts from egl1 gene 9779.19 times higher than the calibrator sample in 24 h of growth in medium formulated with cellulose Celufloc E®. The same gene generated 1257.58 more accumulated transcripts than the reference sample in medium supplemented with SCB. Evaluation of gene expression for cellobiohydrolase yielded higher expression levels in the medium formulated with SCB in 48 h, in comparison to the medium containing cellulose Celufloc E® in 24 h, corresponding, respectively, to 6464.49 and 3093.26 more accumulated transcripts than the reference sample. The β-glucosidase gene was expressed in medium formulated with SCB at the beginning of growth, as opposed to that seen for activity of this enzyme, which occurred at the end of cultivation. The xylanase expression was more significant with the use of cellulose Celufloc E® in the culture medium. On the other hand, the gene for swollenin presents an expression profile with similar values compared to using cellulose Celufloc E® and SCB in the culture medium, although the presence of SCB has provided a later expression. Very low values of gene expression have been found for all genes evaluated when glucose was used as carbon source for P. echinulatum. A coordinated expression of endoglucanases, cellobiohydrolase, β-glucosidase and swollenin was was also verified.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ucs.br:11338/1087 |
| Date | 06 August 2015 |
| Creators | Zampieri, Denise |
| Contributors | Bon, Elba Pinto da Silva, Ayub, Marco Antônio Záchia, Echeverrigaray, Sérgio, Dillon, Aldo José Pinheiro, Camassola, Marli |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UCS, instname:Universidade de Caxias do Sul, instacron:UCS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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